[发明专利]一种动态正弦畸变信号中谐波成分的提取方法

说明书

本发明公开了一种动态正弦畸变信号中谐波成分的提取方法，它包括：确定进行傅里叶变换的数据长度N和采样频率；构造二阶余弦组合窗,得到新型二阶余弦组合自卷积窗；得到加权后的正弦畸变信号；对加权后的正弦畸变信号进行数据长度为N的离散傅里叶变换，得到频谱函数；查找频谱函数，在频率范围中搜寻峰值谱线，峰值谱线记为；根据谐波次数，计算修正各峰值谱线所需的额外谱线数；根据m次谐波的根额外谱线，对峰值谱线的进行修正，并计算修正后的准确频率；根据所计算的m次谐波频率，计算谐波谱线的修正量，利用修正量得到正弦畸变信号中m次谐波分量的幅值；提高了动态正弦畸变信号中谐波分量提取的准确度。

技术领域

本发明属于动态信号测试与分析领域，尤其涉及一种动态正弦畸变信号中谐波成分的提取方法。

背景技术

正弦信号是频率成分最为单一的一种信号，广泛应用于通信、电力传输、工业自动控制、超声波探伤等领域。但是在实际系统中，受噪声、传输阻抗等影响，正弦信号往往存在着一定程度的畸变。以电力系统为例，随着电力系统中各种类型的非线性负荷(大功率整流设备、换流设备、电弧炉、电气化铁道以及家用电器等)的不断增加，电力系统中电压、电流正弦波形畸变现象日趋严重。因此，动态正弦畸变信号中谐波分量的准确提取是急需解决的关键难题。

正弦畸变信号中谐波分量提取方法从早期的模拟滤波器检测方法，逐步转向以数字信号处理技术为基础的数字分析方法，如FFT、小波变换、人工神经网络、支持向量机等。基于FFT的方法因其实现简单而颇受青睐，但其在动态正弦畸变信号的谐波分量提取中难以应用，其主要原因如下：1)畸变发生时，正弦基波频率往往存在波动，严格的同步采样难以实现，非同步采样所引起的频谱泄漏和栅栏效应大大降低了分析精度；2)采用FFT方法时，为简化数学推理，往往忽略了各谐波分量间的相互干扰，特别在白噪声存在情况下，动态正弦畸变信号的频谱泄漏模型更加复杂。而上述难题至今仍未有理想成熟的解决方案。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种动态正弦畸变信号中谐波成分的提取方法，以解决抑制正弦畸变信号进行傅里叶变换时所产生的频谱泄漏，从而提高动态正弦畸变信号中谐波分量提取的准确度。

本发明的技术方案是：

一种动态正弦畸变信号中谐波成分的提取方法，它包括：

步骤a.确定进行傅里叶变换的数据长度N和采样频率f_s；

步骤b.构造二阶余弦组合窗,将得到的二阶余弦组合窗进行时域自卷积，得到新型二阶余弦组合自卷积窗w(n)；

步骤c.利用数据长度为N的新型卷积窗w(n)对离散化的正弦畸变信号x(n)加权，得到加权后的正弦畸变信号x_w(n)＝x(n)w(n)；

步骤d.对加权后的正弦畸变信号x_w(n)进行数据长度为N的离散傅里叶变换，得到频谱函数X(n)；

步骤e.查找频谱函数X(n)，在频率范围[50m-10,50m+10]中搜寻峰值谱线，峰值谱线记为k_m，其中，m＝1,2…,H，H为信号所含有的最高谐波次数，当m＝1时表示基波，m＝2,…,H表示谐波；

步骤f.根据谐波次数，计算修正各峰值谱线所需的额外谱线数d_m；

步骤g.根据m次谐波的d_m根额外谱线，对峰值谱线k_m的进行修正，并计算修正后的准确频率f_m；

步骤h.根据所计算的m次谐波频率f_m，计算谐波谱线的修正量e_m，利用修正量e_m得到正弦畸变信号中m次谐波分量的幅值A_m。